资源简介

(共58张PPT)
开展科学探究实验
培养学生的科学素养
一、关于科学探究实验的基本问题
　二、 课程改革的主要目标
三、新教材实验教学的特点
四、实验教学存在的主要问题
五、实验教学应思考的主要问题
六、开展科学探究实验教学的重要意义
七、科学探究实验室的建设方案
八、科学探究实验仪器应具有的功能
与特点
一、关于科学探究实验的基本问题
１、什么是科学探究
２、什么是探究性实验
３、什么是科学探究实验仪器
４、什么是科学探究实验室
５、科学探究实验室的构成
1、什么是科学探究
科学探究是学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。
新课程所提倡的科学探究性学习承载着科学知识的掌握、科学探究技能的发展、科学精神和科学思维习惯的培养等多重任务。这样的任务也决定了“探究性教学实际上是一种精心设计的教学活动”。
２、什么是探究性实验
　　探究性实验，是指学生在不知道实验结果的前提下，以教师所给的启发性问题为指导，通过实验设计、实验操作、思考分析得出结论的实验形式。
教师给出的探究问题：
1、同时握住相同的金属棒，为什么没有明显的变化？
2、同时握住不同的金属棒，为什么会有明显的变化？
3、左端的铝棒与右端的铜棒组合，右端的铝棒与左端的铜棒组合，为什么电流方向不同？
4、手握紧或握松，对实验会有什么影响？
案例：探究蓄电池的工作原理
　　南京师范大学
课程资源研究所研制
３、什么是科学探究实验仪器
　具有探究性教学特点，体现探究性教学思想，主要在探究性教学中使用的实物和模象直观教学器具。
南京师范大学课程资源研究所研制的：
数字化探究实验仪器
非数字化探究实验仪器
４、什么是科学探究实验室
科学探究实验室是指能够充分支持学生进行多方面探究性学习的环境。
科学探究实验室与传统的实验室有着本质上的不同:
传统实验室: 学生的实验主要是按照现成实验的步骤，来体验前人已经完成的实验的步骤和结果，提供的是一种演示和验证的实验环境。
科学探究实验室: 提供各种各样的探究仪器设备和工具，创设一个面对真实事物进行探究的环境。探究性实验是由学生自己设计实验步骤，进行实验得出结论。因而，探究性实验室所进行的实验活动更能体现学生主体性，增加学生的参与度，既有利于学生基本知识技能的形成，又有利于培养学生的科学方法和精神。
５、科学探究实验室的构成
科学探究实验室主要由一系列探究实验仪器设备和工具及配套设施组成。实验可以认为是“借助于仪器的观察”。观察可以是定性的，也可以是定量的，通过测量能够使观察精确和量化。由此,探究实验室可分成三类：
5.1 非数字化的探究实验室
5.2 数字化的探究实验室
5.3 非数字化的与数字化的探究实验仪器相结合形成的探究实验室
５.１非数字化的探究实验室
----南京师范大学课程资源研究所研制
非数字化的探究实验室
----南京师范大学课程资源研究所研制
５.２ 数字化的探究实验室
数字化的探究实验室主要由“计算机数据采集系统（DIS）”及配套的专用实验仪器等组成.
计算机数据采集系统（DIS）的构成(有两种方法):
数据采集器(自带屏幕)+传感器+软件系统
计算机+数据采集器(不带屏幕)+传感器+软件系统.
教育部2006年7月19日发布的《中小学理科实验室装备规范》（JY/T 0385-2006、JY/T 0386-2006、JY/T 0387-2006）中第一次将”计算机数据采集系统”列入装备标准中,是新配备标准增加的重要内容之一:
编号
名称
规格 型号 功能
学科
01002
计算机数据采集系统（DIS）
软件系统，智能接口，温度、声、压强、力、运动、位移、光、磁、电等传感器，在线和离线系统，配套专用实验仪器
物理
01003
物理实验微机接口及辅助教学系统
智能接口，多种传感器，配套专用实验仪器和软件系统
物理
01002
计算机数据采集处系统
（DIS）
软件系统，智能接口，温度、湿度、pH值、溶解氧、光等传感器，在线和离线系统，配套专用实验仪器
化学
01002
计算机数据采集处理系统
（DIS）
软件系统，智能接口，温度、湿度、光、pH值、溶解氧等传感器，在线和离线系统，配套专用实验仪器
生物
01002
计算机数据采集处理系统（DIS）
软件系统、智能接口、温度、湿度、pH值、溶解氧、光等传感器，在线和离线系统，配套专用实验仪器
地理
教育部新标准要求:
“计算机数据采集系统”应具有在线和离线功能。即数据采集器必须自带显示屏幕 .
我们研究所研制的“计算机数据采集系统”,具有在线和离线功能，即自带显示屏幕，屏幕大小150*120mm ，分辨率：320×240
二、中学课程改革的主要目标
1、改变课程过于注重知识传授的倾向
2、改变课程结构
3、改变教材
4、改变学生的学习方式、老师的教学
方式
5、改变评价方法
6、改变课程管理
1、改变课程过于注重知识传授的倾向
强调积极主动的学习态度，获得知识与技能的过程，使学生学会学习、形成正确的价值观。
2、改变课程结构
关注初中课程的整合，强调高中课程的时代性、多样性、基础性、艺术性和选择性。
3、改变教材
使新教材既能囊括社会发展的各种新成果，又从学生的生活出发，引起学生的兴趣。
4、改变学生的学习方式、老师的教学方式
培养学生创新精神，倡导学生主动参与、乐于探索、积极动手、获取新知的能力，提高分析解决问题的能力和要求合作的能力。教师要不断给学生体验、探索的机会，给学生开设研究性学习的课程，加强综合能力的实践，拓展学生的知识面，促进学生非智力因素的发展。
5、改变评价
把评价当作一个过程，不断开展多元化的考试，进行多种类型的评价，促进学生健康发展。
6、改变课程管理
三、新教材实验教学的特点
1、实验内容的先进性
2、实验方式的探究性 3、实验资料的多样性
4、实验过程的完整性 5、实验形式的开放性 6、实验实施的协作性? 7、实验操作的主体性
8、实验信息的交流性 9、实验教学的情感性 10、实验评价的过程性
1、实验内容的先进性 新教材中实验教学在实验项目、内容、方法等方面，出现了更加新颖、具有发展性的形式。
实验 探究温度对水生植物光合作用的影响
光合作用有强弱，我们用定量的探究单位时间内单位面积叶片同化CO2的量或放出O2的量，表示光合强度。随着环境因素的改变植物的光合强度也会发生变化，本实验即是探究环境温度的改变对光合强度的影响。
2、实验方式的探究性 新教材中实验部分大多为探究性实验，以促进学生科学探究能力的形成。探究性实验相对于验证性实验，两者原理不同。探究性实验是指人们在结果、现象未知的情况下通过实验设计去探索，进而获得结论，而在探究中往往有新发现，因而指向性不强。
实验 观察水的三种状态及特征
实验目的:认识水的多种存在状态及温度变化特征。
实验原理:水在不同温度下的状态和特征不同。
实验器材:DIS系统软件、数据采集器、温度传感器、计算机、铁架台、试管夹、三脚架、石棉网、酒精灯、碎冰块、250mL锥形瓶等。
3、实验资料的多样性 新课程标准实施建议：“在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质。” 新教材中实验资料类型有定性、定量等多样性，多处以条形图、格等形式表示有关数据，展示对实验结果进行定量分析的数据处理基本简单方法，使学生了解多种的实验资料的分析方法。
4、实验过程的完整性 新课程标准指出：“教师在引导学生参与科学探索活动时不仅让学生参加科学探究的某些方面的活动，也应该注意让学生有机会参与若干完整的探究活动，培养科学探究能力。”
5、实验形式的开放性 新教材中实验教学的开放性，一方面体现在实验内容、方法、设计等方面的开放性，另一方面许多探究性活动，由课堂内向课堂外开放活动空间。实验中许多具体内容(材料、步骤、方法等)在教材中不作硬性规定，具有灵活性，这有助于进行开放性实验。
6、实验实施的协作性? 新教材实验教学倡导合作性学习方式，由于学生之间存在知识、习惯、心理、能力等方面的差异，因此应合理搭配，使实验能力强的学生得到更大进步，同时也使实验能力相对弱的同学，得到及时的辅导和帮助，获得锻炼与提高。促进实验小组协作性的形成，合理组合实验小组并定期交流，充分发挥实验小组对实验教学的作用。这有助于集体主义、科学精神和情感等的培养，增强了学生之间的沟通交往和信息交流。
7、实验操作的主体性
新教材实验教学强调学生收集处理、分析总结、观察和创新等能力的培养，我们可以通过学生的主动探究、讨论、自主思考来达到自我不断完善的过程，使学生始终处于实验全过程的积极状态，以发挥学生的主体性。
8、实验信息的交流性 实验信息交流是科学研究重要环节之一。传统实验缺少实验信息的交流。新教材强调表达交流实验报告，而探究性的实验丰富多彩的信息，为学生进行交流创造了广阔的交流机会和内容空间。通过交流培养学生的综合、总结、表达等能力，体验不同观点的碰撞，经历人际的交往。
9、实验教学的情感性 实验教学中必须有机渗透情感教育。积极的情感能调动学生参与实验的积极性，激发学生对学习的兴趣。实验教学力求营造一种和谐、民主的情感氛围。根据中学生好奇的心理特点、激发他们对实验课的兴趣和情感。
无线电报机
探究问题：
1、研究莫尔斯电码的特点。
2、理解发报规则和掌握发报技巧。
3、利用常用电子元件设计简单电路。
4、无线电波的传播条件和应用。
10、实验评价的过程性 新课程倡导发展性评价，特点为过程性，重在促进评价对象的转变与发展，使评价日常化。在实验教学中也体现了上述新课程评价特点，重视对学生探究实验能力等方面的评价。在进行实验和观察等项活动后，学生采用自评、互评、教师评定等多种方式进行评价，以促进学生发展为出发点。
四、目前教学实验存在的主要问题
1、重视对理论知识的验证，忽视科学探究能力和综合素质的培养
（1）过分重视实验技能的训练。
（2）用计算机模拟实验代替具体实验
2、实验仪器装备相对滞后，跟不上课程改革发展的步伐
3、装备配置不平衡
1、重视对理论知识的验证，忽视科学探究能力和综合
素质的培养
（1）受应试教育的影响，往往只重视知识的传承，对实验教学不够重视，忽略了学生动手能力和实践创新能力的培养；
（2）“画实验”、“讲实验”、“背实验”多，学生动手实验机会少；
（3）验证性实验为多，探究性实验较少；
（4）学生对实验的兴趣停留在层次较低的感知和操作层面，多数未形成相对持久的探究兴趣和创造兴趣；
（5）实验局限于书本、缺乏与生活、生产、社会的联系、导致学生解决实际问题的能力较低，创新精神和实践能力的培养受到抑制。
2、实验仪器装备相对滞后，跟不上课程改革发展的步伐
从某种意义上说，实验教学水平的高低，往往能够反映出一所学校的教学水平。
新教材配套的课程资源，特别是相应的科学探究实验仪器设备不足。
3、装备配置不平衡
中小学教育技术装备的投向过于偏重于电子设备，忽略了理科实验仪器装备，造成对实验仪器的尚需量很大，与新课程教学及素质教育有关的基本设备不足。
五、目前实验教学应思考的主要问题
应思考的问题之一：
实验教学效果如何？
传统实验在数据处理过程中，可以充分培养学生的计算能力，作图能力及利用数学知识解决物理问题的能力。但由于计算过程太过冗长，学生用于探索研究的时间就很少很少。
应思考的问题之二：
实验教学重实践、技术还是重思辨？
实验教学重视技能和技术，无可非议。但什么是基本技能和基本技术难以确定。
一般来说，科学与技术相比，技术陈旧的速度要快；理论科学与应用科学相比，应用科学陈旧要快；基础知识与专业知识相比，专业知识陈旧要快。
基础教育中的实验教学要重视动手实践和技术，也要重视实验中的思辨。
应思考的问题之三：
实验教学要不要重视直觉思维培养？
传统实验在能力培养方面重视逻辑思维能力的培养，通过分析和归纳解决科学问题的能力。而对直觉思维能力的培养重视不够。
1981年，Sperry由于医学上的贡献获得诺贝尔医学或生理学奖。他做的裂脑人实验揭开了左右脑特异化的秘密。
左脑半球：被称为“逻辑”半球。主管语言区。作为分析性的半球，可以对实际情况进行理性分析，负责理解文字的字面意思、知觉时间和顺序，另外它还负责识别单词、字母和书写的数字等。
右脑半球：被称为“直觉”半球。更多地从图形图像而非文字来获取信息。它
从语境，包括身体语
言、情绪和语音等方
面来了解语言，而不
是通过文字的字面意
义来了解。右脑半球
还专门负责空间知觉
和创造性地发挥。
六、开展科学探究实验教学的重要意义
1、开展科学探究实验教学是理科教育观念的更新和课程教材改革的重要保障
新课程将“科学探究”作为改变学生学习方式的突破口，强调科学探究是重要的学习活动。为使学生的学习方式发生根本性的变革，保证学生自主性、探索性的学习落到实处，此次课程改革首先通过课程结构的调整，使学生的活动时间和空间在课程中获得合法地位。与此同时，课程标准通过改变学习内容的呈现方式，引导学生发现问题、解决问题，使学习过程变成学生不断提出问题、解决问题的探究过程。
开展科学探究活动要有相应的探究环境，因此，我们应有意识、有目的地研究开发和利用各种资源，研制便于学生自主探索、合作学习的仪器设备，创设一种科学探究实验环境，以满足学生探究性学习的需要，培养学生主动参与、乐于科学探究、勤于动手的习惯，从而培养学生的科学探究能力，实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神
我们的装备工作必须适应传统教学模式向现代教学模式的转变。总的来说，今后的教学会体现多样化，会体现人与环境的融合。我们的装备要更多地创设环境，这个环境可以是教室、实验室，可以在校园里，也可以在社会上。我们的装备要为教学改革服务，任务非常艰巨，任重道远。
2、开展科学探究实验教学是实施素质教育的重要环节
全面推进素质教育，实践教育和创新教育是我们各级各类学校的重要使命。新的教育质量观强调培养学生的实践能力、创新意识和创新精神，强调知识、能力、素质协调发展。开展科学探究实验是实现这一目标的重要途径。知识要转化为能力，必须通过科学探究实验，知识要转化为素质也必须通过科学探究实验，培养创新精神更离不开科学探究实验。
3、开展科学探究实验教学，适应新的考评方式方法
焦点：考试曾经是，现在是，也许将来依然是一个学校，一个家庭所关注的焦点。
问题：现行中小学评价与考试制度与全面推进素质教育的要求还不相适应，突出反映在强调甄别与选拔功能，忽视改进与激励的功能；注重学习成绩，忽视学生全面发展和个体差异；关注结果而忽视过程，评价方法单一；尚未形成健全的教师、学校评价制度等。
上海市及全国许多省市已开始实行新的考试方法试点。
热点：以实验为载体、考查科学探究学习的试题将成为考试的热点。在全国高考的试卷中，探究性实验考试题已占一定比例。
对策：探究性实验考试方法研究：
（1）作出猜想（假设）并设计探究方案（计划）的考试方法研究
（2）对实验事实作出处理的考试方法研究
（3）对探究性实验方案作出评价方法研究
（4）综合考查学生对探究过程理解的考试方法研究
4、积极装备科学探究实验室，形成学校的办学特色
课程和课程资源是学校教育的核心。学校的办学特色在很大程度上取决于学校的课程和课程资源特色，而科学探究实验室是新课改课程资源的重要组成部分。因此，建立科学探究实验室，形成学校的课程资源新特色，进而为形成学校的办学特色打下良好的基础。
５.装备数字化探究实验室的效益
（1）DIS实验技术是时代、社会、科学发展带来的一个数字化教育的平台，体现了数字文化与课程标准理念完美结合，有可能开创崭新的理科实验教学全新的体系。
（2）应用DIS实验等技术，扩大理科实验的教育功能。
数字化探究实验的三大功能：
1、DIS实验是提高实验效果的一条途径！
DIS实验与传统实验相比正好相反。据测，它用于数据处理的时间只占整个实验过程的3%，计算、描点、作图的工作都由计算机来完成。学生的主要任务是根据数据进行探索、研究、推测结论。传统实验侧重于培养学生计算、作图、归纳等基础能力；DIS实验则更加侧重于培养学生对知识和规律的探求能力。
2、DIS实验是提高实验思辨能力的一条途径！
DIS实验与传统实验相比正好相反。据测，它用于数据处理的时间只占整个实验过程的3%，计算、描点、作图的工作都由计算机来完成。学生的主要任务是根据数据进行探索、研究、推测结论。DIS实验则更加侧重于培养学生对知识和规律的探求能力和思辨能力。
3、DIS实验是培养直觉思维能力的一条途径！
丰富的想象力、广泛而大胆、合理的直觉思维能力，是物理、化学和生物科学研究不可缺少的思维品质，这就是创造创新能力。
许多历史上著名的科学家就是通过对很多未知现象的观察、想象、联想，进行大胆的直觉思维，在此基础上再进行深入的研究总结出规律的。所以，培养学生的直觉思维能力是实验教学改革的方向之一。
传统实验由于过分重视基本技能的培养，学生习惯于按部就班的做实验。再加上实验条件本身的限制，对学生思维的广度、深度及灵活性的培养不够，学生的直觉思维能力难以充分发展。
而DIS实验独特的数形结合功能，先进的测量仪器，为优化学习方式、学会学习、倡导自主探究、实践体验和合作交流提供了空间和时间，增强学生的直觉思维能力。
七、科学探究实验室的建设方案
我们应根据新课程《标准》和教育部新装备标准要求，制定新的实验室建设标准，科学探究实验室的建设应是其中的重要内容之一。
1、按新课程《标准》要求，装备科学探究实验室
2、与常规实验仪器有机结合，装备科学探究实验室
3、按素质教育的要求，建立科学创新实验室
4、应用信息技术，整合常规实验仪器
5、按学科或按功能建立科学探究实验室
6、建立室外科学宫
7、21世纪的实验室--功能教室
8、积极与高校合作，高起点，高水平自制和推广应用科学探究实验仪器
9、开展科学探究实验课题研究，建立科学探究实验基地.
1、按新课程《标准》要求装备科学探究实验室
新的教材，新的教学实验内容、新的实验模式、新的实验技术和实验方法必然会对教学仪器提出新的要求，面向２１世纪的新一代教学仪器必须是先进的教育思想、完善的教育功能和先进的科学技术的完美结合。
科学探究实验仪器是为探究性学习而设计的，探究学习是让学生在主动参与过程中进行学习，让学生在探究问题的活动中获取知识、了解科学家的工作方法和思维方法、学会科学研究所需要的各种技能，领悟科学观念，培养科学精神。这种学习方式是对传统的教学方式的一种彻底的改革。
2、与常规实验仪器有机结合，装备科学探究实验室
常规实验仪器能起到巩固书本知识和训练操作技能的作用，是实验教学中不可缺少的重要组成部分。但由于其本身的性能和特点，不能完全满足新课程教学的要求。为此，应按新课程《标准》要求精心选择配备常规实验仪器，同时配备相应的科学探究实验仪器，使其成为一个有机的整体。
3、按素质教育的要求，建立科学创新实验室
以科学探究实验仪器为主体，建立一批有特色的创新实验室。从常规的学科验证型实验转向超常的综合探索型实验，对学生开展课题研究，激发学生创新思维，培养学生敢于动手的实践能力。教育部有关领导指出，中小学学生具有较强创新欲望和创造潜力，他们是未来创新的主体。学校要普遍推广、建立科技实验室，有条件的学校要建立创新实验室或“做中学”实验室，并向全体学生开放，让学生有动手实验的条件。
建立现代科技实验室的目的是将学生置于科学前沿的环境中，扩展他们的眼界，提高对未来高科技工作环境的适应力，点燃对科研的兴趣。对于创新实验室在课程中的功能，我们认为至少有以下三点： 为学生学习科学方法提供载体、为学生开展课题研究提供载体和为学生想象、创造能力的培养提供载体。
4、应用信息技术，整合常规实验仪器
推进信息技术与中小学其它学科课程的整合，是我国面向21世纪基础教育教学改革的新视点。以多媒体化、网络化、智能化为特征的信息技术与中小学常规实验仪器整合，使其具有科学探究功能，构造相应的自主探究的实验环境。例如，南师大苏威尔公司研制的物理分组实验--数字实验系统平台，就是用传感器获取信息，经数据采集器由计算机对信息进行数据和图形处理的数字实验系统。该系统可以整合20多种中学物理常规实验仪器，也可整合其它学科的常规实验仪器。
5、按学科或按功能建立科学探究实验室
（1）中学数学科学探究实验室
中学数学科学探究实验室可分为五部分：包括数学史长廊、现代数学、经典数学、趣味数学、计算机与数学的应用，一般配置40多个实验仪器。
建立中学数学科学探究实验室的研究是一个新课题，广东省已有3个学校要求我们帮助他们建立中学数学科学探究实验室。
（2）中学物理科学探究实验室
（3）中学化学科学探究实验室
（4）中学生物科学探究实验室
。。。。。。。
（5）机器人科学探究实验室


6、建立室外科学宫
有的学校实验场地比较紧，可以精心选择一些科学探究实验仪器，作为校园景点，成为室外开放式实验场地。
7、21世纪的实验室--功能教室
在国外，已在部分国家产生深刻影响的道尔顿学校的教育模式，首先提出了以实验室代替教室，形成功能教室。在明确学生长期的学习任务的情况下，充分相信学生的天性是好奇和好学的，从而创建适合学生个性发挥的功能教室。用功能教室代替教室，允许学生依兴趣选择课程，在功能教室里主动地探索知识，解决问题。当然，也有共同学习的课堂，但那与其说是上课，不如说是讲座和讨论更合适。此种意义上的功能教室及其装备正是我们要研究的课题内涵。学校应该教授给学生思考的习惯及研究和调查的技巧，使他们成长为未来世界无畏的开创者。
8、积极与高校合作，高起点，高水平自制和推广应用科学探究实验仪器
高等学校在教育研究、教育创新方面的优势都是非常明显的。1997年以来，南京师范大学承担教育部“高等师范教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”和 “新世纪教育教学改革工程”等各类教育教学改革研究项目30多项，30多位老师参加了国家新课程标准的制定和新教材的编写工作。依托学校各方面的教育资源，南师大研制了一系列科学探究实验仪器，这些仪器遵循了学生的认知规律，满足了学生自主学习的需要，解决了老师如何教，学生如何学的问题，有利于学生掌握研究方法，掌握书本知识，培养科学探究能力以及形成科学价值观
9、开展科学探究实验课题研究，建立科学探究实验基地
我校已在教育厅和国家有关部门申报了开展科学探究实验课题，希望有兴趣的学校参加课题研究，承担相应的子课题。子课题研究比较好的学校，可以申请成为南京师范大学科学探究实验基地或教育部基础教育课程改革南京师范大学研究中心科学探究实验基地。我们认为通过课题的研究，学校将会有很大的收益。
（1）通过课题的研究，可以进一步提高参与学校的知名度。
（2） 通过课题的研究，进一步提高学校的办学水平。
（3） 通过课题的研究，进一步提高教师水平
（4）通过课题的研究，进一步了解国内外课程资源研究与利用状况，加快与国际接轨。
（5） 通过课题的研究，建立丰富的课程资源中心。
（6）通过课题的研究，加强与南京师范大学等高校的合作。
八、科学探究实验仪器应具有的功能与特点
南京师范大学课程资源研究所研制的科学探究实验仪器具有以下功能与特点：
1、有利于培养学生的创新能力。
2、有利于分组实验，合作交流。
3、方便于研究性学习的开展。
4、可以提高学生的动手实践能力。
5、具有趣味性。
6、具有科学性和指向性。
7、具有真实性、简易性和稳定性。
8、具有安全性。
谢谢！

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